Індекси є основними компонентами реляційних баз даних, призначених для підвищення швидкості операцій пошуку даних. Вони служать структурами даних, які покращують ефективність запитів до бази даних, забезпечуючи швидкий доступ до рядків у таблиці.
Як працюють індекси
Індекс працює подібно до покажчика в книзі. Замість того, щоб сканувати всю таблицю для пошуку необхідних даних, база даних використовує індекс для швидкого пошуку потрібних рядків. Індекси зазвичай створюються на стовпцях, які часто використовуються в реченнях WHERE, умовах JOIN і реченнях ORDER BY.
Структура індексу
Індекси зазвичай реалізуються як B-дерева або хеш-таблиці:
- B-дерева: збалансовані деревоподібні структури, які зберігають відсортований порядок і дозволяють логарифмічну складність часу для операцій пошуку, вставки та видалення.
- Хеш-таблиці: Забезпечують постійну часову складність для операцій пошуку, але є менш гнучкими, ніж B-дерева для запитів діапазону.
Типи індексів
Існує кілька типів індексів, кожен з яких служить різним цілям:
Первинний індекс
- Первинний індекс: створюється автоматично, коли визначено первинний ключ. Він унікально ідентифікує кожен рядок у таблиці.
Вторинний індекс
- Вторинний індекс: створено на стовпцях непервинного ключа для покращення продуктивності запитів, що включають ці стовпці.
Унікальний індекс
- Унікальний індекс: гарантує, що індексовані стовпці містять унікальні значення, запобігаючи повторюваним записам.
Композитний індекс
- Композитний індекс: індекс для кількох стовпців, корисний для запитів, які фільтрують або сортують на основі кількох стовпців.
Повнотекстовий покажчик
- Повнотекстовий покажчик: призначений для ефективного пошуку тексту у великих текстових полях.
Індекс растрового зображення
- Індекс растрового зображення: ефективний для стовпців з обмеженою кількістю різних значень, які часто використовуються в сховищах даних.
Вплив індексів на запити SELECT
Індекси можуть значно покращити продуктивність запитів SELECT, зменшивши обсяг сканованих даних:
Швидший пошук даних
Індекси дозволяють базі даних швидко знаходити рядки, які відповідають критеріям запиту, уникаючи необхідності повного сканування таблиці. Це особливо вигідно для великих столів.
приклад
Розгляньте таблицю працівників
з колонами id
, назва
, і відділ
. Запит на пошук співробітників в певному відділі:
ВИБРАТИ * FROM співробітників WHERE відділ = 'Продажі';
Без індексу на ст відділ
база даних сканує всю таблицю. За допомогою індексу він швидко знаходить відповідні рядки.
Зменшені операції введення-виведення
Індекси зменшують кількість операцій вводу/виводу, необхідних для отримання даних з диска, що призводить до швидшого виконання запитів.
Вплив індексів на операції INSERT, UPDATE, DELETE
Хоча індекси покращують продуктивність запиту SELECT, вони можуть мати негативний вплив на продуктивність операцій модифікації даних:
Повільніші операції INSERT
Під час вставки нових рядків база даних повинна оновити індекс, щоб включити нові записи. Цей додатковий крок може сповільнити процес вставлення.
приклад
Введення нового співробітника в працівників
стіл:
INSERT INTO співробітників (id, ім'я, відділ) VALUES (101, 'John Doe', 'Sales');
Якщо є індекс на відділ
база даних повинна оновити індекс, додаючи додаткові витрати на процес вставки.
Повільніші операції ОНОВЛЕННЯ
Оновлення індексованих стовпців вимагає від бази даних оновлення відповідних записів індексу. Це може уповільнити процес оновлення, особливо для великих таблиць із багатьма індексами.
Повільніші операції DELETE
Подібно до оновлень, видалення рядків вимагає від бази даних видалення відповідних записів з індексу, додаючи додаткові витрати на процес видалення.
Компроміси використання індексів
Космічні накладні витрати
Індекси потребують додаткового місця для зберігання. Чим більше індексів має таблиця, тим більше дискового простору потрібно для їх зберігання.
Накладні витрати на технічне обслуговування
Підтримка індексів під час модифікації даних (INSERT, UPDATE, DELETE) додає накладні витрати, потенційно сповільнюючи ці операції.
Фрагментація індексу
З часом індекси можуть стати фрагментованими, що призведе до зниження продуктивності. Для підтримки оптимальної продуктивності необхідне регулярне технічне обслуговування, наприклад перебудова або реорганізація індексів.
Найкращі методи використання індексів
Вибіркове індексування
Створюйте індекси лише для стовпців, які часто використовуються в запитах. Уникайте індексування стовпців із низькою вибірковістю (стовпці з багатьма повторюваними значеннями).
Моніторинг і технічне обслуговування
Регулярно відстежуйте продуктивність індексів і виконуйте завдання обслуговування, такі як перебудова фрагментованих індексів, щоб забезпечити оптимальну продуктивність.
Композитні індекси
Розгляньте можливість використання складених індексів для запитів, які фільтрують або сортують на основі кількох стовпців. Однак пам’ятайте про порядок стовпців у складеному індексі, оскільки це впливає на ефективність індексу.
Уникайте надмірного індексування
Хоча індекси покращують продуктивність запитів, надмірне індексування може призвести до значних витрат на обслуговування. Прагніть до балансу між продуктивністю запитів і витратами на обслуговування.
Висновок
Індекси є потужними інструментами для оптимізації продуктивності бази даних, особливо для запитів SELECT. Вони забезпечують швидкий доступ до даних і зменшують потребу у повному скануванні таблиці. Однак вони також створюють накладні витрати на операції модифікації даних і вимагають ретельного керування, щоб уникнути зниження продуктивності. Розуміючи компроміси та дотримуючись найкращих практик, розробники можуть ефективно використовувати індекси для підвищення ефективності своїх програм баз даних.